如何分析合成器相位噪声

大家好 我的名字叫王朔儀 我是频率控制组的工程师 我今天想要跟大家讲的就是合成器的噪音 噪音在系统里面很重要 如果不够低的话 系统会产生各种错误 那这个噪音在合成器里面可以分成很多部分 我今天就想要让大家更深了解一点 然后让我给你们看在实验室测量的方式 如何去跟数据上面做个比较 在这个图里面你看到是合成器基本上的一个长相 你有这个输入的端 也有这个充电泵的端也是等于是 PLL 然后你还有它频率产生器在它后面 还有这一整个环 那它频率可以锁定 然后很稳 在这个输入的噪音你会看到紫色的这个现象 在绿色的你会看到在这个图案这边的位置 然后频率产生器会在下面这个蓝色 那这一个环路滤波器 你会看到它的位置 会决定你这些噪音各个部分会产生的形状 那你在设计的时候 也要特别在意 在测量的时候也要特别在意 因为它可以影响你整个总共的噪音的结果 刚刚讲到的输入端的噪音 你在这个图里面可以看到一个简单的例子 你有 20 兆的 假如你有 20 兆的噪音 你输入是 20 兆 只是你输出是一个不一样的频率 假如是 480 兆 他因为有这样的差别 你需要把它转换 才可以知道你输入端所带来的噪音到底是多少总共 所以你就用下面的很简单的公式去把它转换 那基本上是 20 乘以log 然后是输出的频率除以输入的频率 那我们这一个例子来讲 480÷20log(24) 这个结果就是 14dB 那输入端的噪音去测量它的方式也不难 只是你需要把电流泵转到很高 或是把你的环的带宽调的很高 那这样子的话才可以看到真正的结果 不然会被隐藏 这个是我们一个产品 LMX2571 的噪音的数据表 两个很重要的数字 因为它是我们所谓的 PLL 你刚刚看到电流泵那边会产生的噪音 那它又可以分成再细分成两个部分 一个是一除以频率 一个是基底 1 除以频率是这样子说 因为它每乘以十的频率 它会降低差不多 10dB 的噪音 这样可以让你更好去找到 这个部分那基底的话就是 PLL 最低的底线的噪音 所以这两个会分开来 那一除以频率 在这个 2571 的结果里面是会有 -124dB 然后你基底会看到 -231 在这个图里面你可以看到 我们有时候会计算它们两个加起来的方式 然后去试着去用我们的公式把它算出来 然后确定它测量出来的结果是跟我们预期的一样 下面的公式也是你去找到这两个数字的方式 这个部分就是我们频率产生器的噪音 你看到它平常的样子 噪音是有这样的曲线 只是刚刚在看到那个环的地方 你会看到它因为有那个滤波器会产生的改变的 形状会在右边的这个图案看到长的样子 那要来测量这个频率产生器的方式 你需要把你的环的控制的这个频率把它降低 那有两个方式 一个就是设计环的滤波器 一个就是把你的电流泵转到最低或是零 那我们现在就来看一下在实验室 是怎么测量这样的实际的结果 然后把这些结果拿来做一个比较 所以这边看到的就是我们的输入端有一个一百兆 然后差不多 14dB 的一个讯号 它是一个叫做？？？？ 是非常低噪音的一个输入 那它从这条线来到了这边 因为它输出很高 所以我们有一个这个让它可以减低它的输出量 那这边就接到我们的板子上 然后沿着这条线一直到 LMX2571 的输入端 然后输出端它会沿着这边有两个方面 一个是从这边一个是从这边 我们只接了其中一个 从这条线延伸到这个测量器的输入端 然后在测量器里面 那我们看到这一个图就是它噪音的曲线 然后在板子上你还可以看到 这这个就是你软体的接的方式 它会接到一台可以转换成 USB 然后到电恼 然后再到这边你会看到所需要的用电是 3.3 伏 从这边可以接上 然后还会透过板子的线 一直到 LMX2571 需要所支持的一些电伏 那在电脑上面要控制的软体 你会看到一个像这样的画面 那你如果按 PLLF1 你会看到像刚刚所看到的那个图 不一样的样子 只是它也是一样有输入端输出端 电流泵还有各个不一样可以让你选择的方式 那我们现在就来看一个 100 兆输入 还有一个 960 兆的输出 那在荧幕上 你可以看到 这是测量出来的结果 那它的形状也是因为有了这个高的带宽 差不多一兆左右 你才可以看到这个底线 那我们先拿差不多一百左右的这个数字 你看到测量出来的结果 这个 1 号在这边是 -105 那我把这个数字把它输入到我们的转换程式 然后再拿差不多 1k 左右的频率 在它噪音上现在是 -115.7dB 然后你现在看到的这一个两个数字 它是形容我们这个一除以频率的这一方面的噪音 它是形容我们这个一除以频率的这一方面的噪音 因为你看到它频率乘以十的话 它的噪音会降低 10dB 所以你也可以用这样的方式去找出这一段的噪音 然后我们再找这个最基底的这个部分 也就是它比较平比较低的这个部分 是差不多在 200k 的左右 有 -131.6dB 的这一个噪音 我把它输入进来 那这个转换程式就直接跟我们讲说 它在这个 PLL 部分的噪音有多少 然后是 -232 我们现在在实验室测量出来的结果 那你也可以看到下面的是 解释这个工程式所需要的一些数字 你也可以做个转换 把我们现在放进去的这些数字输入进去就会知道结果 刚刚我们也测到了频率产生器的噪音 那我现在也给你看怎么去测量 我现在打开了这个啊软体 然后我进来 我把这个电流泵把它转低 你现在看到的是最高的这一个 3593 我就把它转到最低 叫做 Tri-state 这个转了以后 我来这个测量器 把它重新规划一下 这样子 规划以后你可以看到频率产生器的一个噪音的一个曲线 那也是像刚刚我们在图里面看到的那样 那我们现在讲完了这些合成器里面 各个部分产生的噪音以后 也当你看到实验室测量跟我们预期的这些比较之后 应该有比较好的一个了解 可是除了这个以外 还有更多小的细节 可以去更加研究有关合成器不一样的噪音产生的地方 如何互相影响 互相产生更好的一个表现 那你想要知道更多的话 我们的这些网站上面也有更多资讯可以让你去 读更多去研究更多 如果想要的话欢迎你们大家去看 谢谢大家今天来听